资源描述
- 1 -目录1 自然地理及工程地质 .- 4 -1.1 流域概况 .- 4 -1.2 水文与气候 .- 4 -1.3 地形与地质 .- 5 -1.3.1 水库区工程地质 - 5 -1.3.2 坝址地质 - 6 -1.4 天然建筑材料 .- 6 -1.4.1 土料： - 6 -1.4.2 砂石料： - 6 -2 经济、水利与动能 - 7 -2.1 工程效益 .- 7 -3 重力坝部分 .- 8 -3.1 坝型选择及枢纽布置 .- 8 -3.1.1 枢纽主要建筑物等级确定 .- 8 -3.1.2 坝址及坝型的选择 .- 8 -3.1.3 枢纽组成建筑物 .- 8 -3.2 重力坝非溢流坝段设计 - 9 -3.2.1 水工筑物级别 .- 9 -3.2.2 基本剖面尺寸确定 .- 9 -3.2.3 实用剖面尺寸的确定 .- 9 - 2 -3.2.4 坝体剖面验算 .- 10 -3.3 重力坝溢流坝段设计 - 15 -3.3.1 溢流坝段剖面设计 - 15 -3.3.2 溢流坝段应力稳定计算 - 20 -3.4 坝内构造 .- 25 -3.4.1 坝顶结构 - 25 -3.4.2 坝基地基处理 .- 25 -4 水电站建筑物设计 - 26 -4.1 特征水头的选择 - 26 -4.1.1 设计高水位 .- 26 -4.1.2 设计低水位 .- 26 -4.1.3 加权平均水头及设计水头 - 27 -4.2 水电站设备选型 .- 27 -4.2.1 水轮机选型 .- 27 -4.2.2 金属蜗壳及尾水管尺寸 .- 28 -4.2.3 发电机的选择 .- 29 -4.2.4 调速器的计算 - 33 -4.2.5 油压装置的选择 .- 34 -4.2.6 起重设备选择与尺寸 - 34 -4.3 厂房尺寸确定 - 35 -4.3.1 厂房高度的确定 .- 35 -4.3.2 主厂房长度的确定 .- 36 - 3 -4.3.3 主厂房的宽度的确定 .- 37 -4.4 厂房各层布置 - 37 -4.4.1 发电机层： .- 37 -4.4.2 水轮机层 .- 37 -4.4.3 蜗壳层： .- 38 -5 进水口及坝内埋管 - 39 -5.1 引水管道的布置 .- 39 -5.1.1 钢管直径 .- 39 -5.1.2 临界淹没深度 .- 39 -5.1.3 管轴线布置 .- 40 -5.2 进水口布置 - 40 -5.2.1 进水口流线 .- 40 -5.2.2 渐变段及弯管段 .- 40 -5.3 拦污栅 - 40 -5.4 典型钢管身厚度 - 41 -5.5 闸门及启闭设备： .- 42 -5.5.1 闸门 .- 42 -5.5.2 启闭设备 - 43 -5.5.3 通气孔： .- 43 -5.5.4 充水阀 .- 43 -5.5.5 伸缩节 .- 43 -6 专题楼面板设计 - 44 - 4 -6.1 厂房梁格布置 - 44 -6.1.1 发电机层梁格布置 .- 44 -6.1.2 装配场层梁格布置 .- 44 -6.2 厂房配筋计算 - 45 -6.2.1 基本资料 .- 46 -6.2.2 计算方法 .- 47 -主要参考文献 .- 53 - 5 -1 自然地理及工程地质1.1 流域概况紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积 2761 平方公里。龙泉溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度 153 公里，直线长度 77 公里，平均宽度 36 公里。除龙泉县城附近及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。河流四周均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达 1921 米，流域平均高度 662 米，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为 6.32 0.97，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属典型的山区性河流。龙泉溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。本工程为瓯江干支流规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）以及防洪等综合效益。电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地区通过 220 千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有 1.53 亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区防洪的负担。1.2 水文与气候本地区地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温 17.3，月平均气温以 1971 年 7 月份 30.7最高，1962 年 1 月份 13最低，实测最高气温为 40.7（1966 年 8 月） ，最低气温-8.1（1969 年 2 月） 。流域内气候湿润，历年平均相对湿度 79%，其中以 6 月份的 87%为最大，1月份的 84%为最小，实测最小相对湿度仅 8%。- 6 -本流域距东海仅 120180 公里，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为1833.8 毫米，但在年内分配很不均匀，39 月占年雨量为 80.5%，其中 56 两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出现在此期间，实测最大 24 小时雨量为 236.8 毫米。79 月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大 24 小时雨量曾达 145.4 毫米。流域多年平均降水日数为 172 天，最多达 201 天，最少 145 天。本流域 4 至 8 月为东南风，1 至 3 月、9 至 12 月一般为东北风及西北风。历年平均风速 1.15 米/秒，出现在 1970 年 4 月，风向西北偏西。坝址区可能发生最大风力为 11 级，相当于风速 32 米/秒。紧水滩坝址与石富站流域面积仅差 41 平方公里，占控制流域面积的 15%，故坝址处流量资料均不加改正，直接采用石富站资料。泥沙对紧水滩水库使用不会有严重的影响。表 1-1 厂区水位流量关系：水位（m） 202 203 204 205 206 207 208 209 210流量（m 3/s）80 240 540 880 1280 1740 2300 2900 3620水位（m） 211 212 213 214 215 216 217 218 219流量（m 3/s）4380 5200 6060 7000 7940 8980 10080 11200 12340表 1-2 水库面积、容积：高程（m ） 205 215 220 225 230 235 240面积（km 2） 0 1.3 2.3 3.9 5.7 7.7 9.7容积（10 8m3） 0 0.05 0.2 0.35 0.6 0.925 1.375高程（m ） 245 250 255 260 265 270 275面积（km 2） 11.6 13.6 15.9 18.3 21.3 24.5 27.7- 7 -容积（10 8m3） 1.9 2.5 3.2 4.05 5.05 6.25 7.575高程（m ） 280 285 290 295 300面积（km 2） 31.2 35.2 40.3 48.1 58.4容积（10 8m3） 9.10 10.75 12.7 15.05 17.71.3 地形与地质1.3.1 水库区工程地质水库周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬较完整，虽有部分断层延伸库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之虑。由于库岸有第四系松散地层分布，岩石节理发育，水库暂时渗漏损失甚小，对水库蓄水无影响。库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体居多，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。本地区地震烈度为 6 度，可不考虑抗震设计，不计地震荷载。1.3.2 坝址地质坝区位于 90 平方公里的“牛头山”花岗斑岩岩技的南缘，其中有后期的细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉、辉缘岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数 0.7，凝聚力 5 公斤/ 平方厘米，抗剪断摩擦系数 1.0。混凝土/混凝土抗剪断摩擦系数 1.25，凝聚力 1.45103Kpa。根据坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，水文地质条件较简单，故属工程地质条件较好的坝址。1.4 天然建筑材料1.4.1 土料：- 8 -下村料场：位于平缓的山坡上，高程 300 以下，主要为壤土，料场距坝址0.5 公里，有效储量 426700 立方米。油坑料场：位于 500550 米高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝址 1.5 公里，有效储量 747600 立方米。1.4.2 砂石料：局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址 16.5 公里。局村至坝址区十个料场，左岸 4 个，右岸 6 个，最远距坝址 9 公里。坝址至赤石区七个料场，最远距坝址 12.2 公里。共计 23 个料场，有效储量水下 557000 立方米，水上 3094600 立方米，合计3651600 立方米。2 经济、水利与动能2.1 工程效益本工程以发电为主，同时兼顾防洪、航运、渔业等综合利用。电站建成后联入华东电力系统，作为系统调峰电源之一。水库建成后，可减轻洪水对丽水县城和碧湖平原的影响。在水库遇五年一遇和二十年一遇洪水时，紧水滩洪峰流量，由原来的 4270、6260 秒立方米，分别削减为 2270、3560 秒立方米。- 9 -水库建成后，库区可通航机动船，由于水库的调节作用，坝址至丽水河段枯水期的最小流量可由原来的 2.23 秒立米提高到 50 秒立米， （保证率 8085%）水深增加 0.6 米左右。从而改善了航运条件。水库建成后，经水库调节，流放竹木条件可大为改善，有效流放时间可大为增长。流放量可由目前的 14 万立方米提高到 27.4 万立方米。水库建成后，正常蓄水位时，水库面积达 34.2 平方公里，为发展养渔业及其他水产养殖事业创造有利条件。3 重力坝部分3.1 坝型选择及枢纽布置3.1.1 枢纽主要建筑物等级确定- 10 -由校核洪水位 292 查水库容积曲线 V 10108 查表 1-1，1-3（水工m3m建筑物）工程规模为大（1）型，过程等别为一，主要建筑物为 1 级。次要建筑物为 3 级。3.1.2 坝址及坝型的选择根据地形和地质剖面图，坝址处呈现 V 型河谷，多为花岗岩，经初步布置，满足各建筑物布置要求。从地形条件，本坝址适合建拱坝，重力坝，经综合比较认为建重力坝较为合适。坝址选在河谷较窄的位置，河谷地宽约为 78m 左右减少混凝土浇注量，但加大了开挖量。为相对减少工程量，将厂房布置在右岸，溢流坝段向河谷左岸移置。3.1.3 枢纽组成建筑物枢纽由非溢流坝段、溢流坝段、泄槽及坝后式地面厂房组成，坝轴线垂直水流方向。坝顶高程 293.3m，坝基面高程 197m.1挡水建筑物：非溢流坝布置在河谷两岸2泄水建筑物：溢流坝宽 64m，分 4 孔，每孔净宽 16m，鼻坎挑流，反弧半径 为 ，鼻坎挑射角度 。闸门 ，闸墩与非溢流坝同高。R40m0为 32168m3水电站建筑物：坝后式地上水电站厂房，坝体引水钢管，坝顶开关站等。电站厂房机组段长 16.5m，总长 71.5m。装配场位于厂房右侧高程 215.8m。4泄槽建在坝段上，为减少开挖量，沿山体走势修筑。5进厂公路与装配场高程同高，上坝公路与坝顶高程同高，坝顶公路设在下游侧，宽 8m。6.高压开关站在右岸坝顶公路一侧，高程变压器场位于主厂房右侧。3.2 重力坝非溢流坝段设计3.2.1 水工筑物级别- 11 -水工建筑物级别 1 级，结构安全为 I，结构重要系数 =1.1，设计状况系数0=1.0。3.2.2 基本剖面尺寸确定3.2.2.1 坝高的确定由坝轴线工程地质剖面图最低点为 202.5 ，下挖坝址处底高程为 197 。设mm计洪水位 291 ，所以基本坝高 H=291-197=94 。m3.2.2.2 坝底最小宽度确定应力条件： 64.93B稳定条件： 0.m同时满足应力和稳定要求取 =66 ，取上游坡 =0，取上游折坡 =0.15，nn下游坡取 =0.7。取折射坡点高程取 235 。所坝底总长 72.7 m3.2.3 实用剖面尺寸的确定3.2.3.1 坝顶高程坝顶高程由静水位+风浪涌高+ 安全超高。即： h 静 水 位式中：h=2hl+h0+hc （2hl=0.0166Vf5/4D1/3 为浪高；Vf 为计算风速；D 为吹程） ；h0 为波浪中心线高出静水位高度；hc 为超高，由规范查得。(1)设计洪水位吹程 D=5B，B 为上游狭窄处的 276m，D=1390 m；风速为 Vt=15 m/s - 12 -安全超高 =0.5m。坝顶高程 293.55mch(2)校核洪水位吹程为 1390 m；风速为 15m/s；安全超高 =0.5 m。ch坝顶高程 294.46m所以，该重力坝坝顶高程取为 293.3 m。并在坝顶加 1.2m 高的防浪墙。3.2.3.2.坝顶宽度坝高 =293.3-197=96.3mH非溢流坝的坝顶宽度可取坝高 8% 10%。故取基本剖面 =9 m。B综上剖面图如下：图 1-1 坝体剖面简图3.2.4 坝体剖面验算3.2.4.1 坝基面验算- 13 -(1)设计工况表 1-1 坝基面持久状况（设计洪水位）垂直（KN） 水平（KN） 弯矩（KN.m）荷载下 上 右 左力壁（m）G1 2545.05 32.3 82205.12G2 20365.45 25.9 527465.16自重G3 54066.5 2.56 138406.24PX1 44276.63 31.667 1401860.15PY1 4249.69 33.49 142337.31PX2 1678.7 6.17 10410.21水压力PY2 1175 27.49 32343.168浪压力 PWK 48.73 93.96 4602U1 6551.61 0 0 0U2 956.48 31.1 29724.37U3 669.5 23.76 15902.7U4 317.6 33.43 10638.876扬压力U5 3727.8 32.77 122261.8总计 82398.69 12222 .99 44316.33 1678.4 1606500 911400W=70175.7 kNP=42637.93 kN- 14 -M=69514.47 kN2）稳定验算摩擦公式：=1.15k=1.1PUWfK)(满足稳定要求。3）应力验算=0.6MPa-0.12 6BMWy未出现拉应力。=1.35MPa2 6By远小于混凝土和岩石的抗压应力。满足应力要求。（2）校核工况表 1-2 坝基面持久状况（校核洪水位）垂直（KN） 水平（KN） 弯矩（KN.m）荷载下 上 右 左力壁（m）G1 2545.05 32.3 82205.12G2 20365.45 25.9 527465.16自重G3 54066.5 2.56 138406.24水压力 PX1 44276.63 31.667 1401860.15- 15 -PY1 4249.69 33.49 142337.31PX2 1678.7 6.17 10410.21PY2 1175 27.49 32343.168浪压力 PWK 48.73 93.96 4602U1 6551.61 0 0 0U2 956.48 31.1 29724.37U3 669.5 23.76 15902.7U4 317.6 33.43 10638.876扬压力U5 3727.8 32.77 122261.8总计 82398.69 12222 .99 44316.33 1678.4 1606500 911400W=70175.7 kNP=42637.93 kNM=69514.47 kN2）稳定验算摩擦公式：=1.12K=1.1PUWfK)(满足稳定要求。3）应力验算=0.017MPa-0.1MPa2 6BMWy- 16 -未出现拉应力。=0.177KPa2 6BMWy远小于混凝土和岩石的抗压应力。满足应力要求。3.2.4.2 坝折坡点验算(1)设计工况表 1-3 坝折坡面持久状况（设计洪水位）垂直（KN）平（K N）力臂 （K N）弯矩（KN.m）荷载下 上 右G1 11844 15.1 17.88自重G2 15294 0.53 0.82水压力 PX 上 15382 18.7 28.76浪压力 PWK 48.73 92.826 2.45扬压力 U 3334.6 9.76 3.24总计 27138 3334.6 15430.74 324513 287012W=23803.4 kN- 17 -P=15430.74 kNM=37512 kN2）稳定验算摩擦公式：=1.15K=1.1PUWfK)(满足稳定要求。3）应力验算=406.95KPa-0.1MPa2 6BMWy未出现拉应力。=752.88KPa2 6By远小于混凝土抗压应力。满足应力要求。（2）校核工况表 1-4 坝折坡面持久状况（校核洪水位）垂直（KN）平（K N）力臂 （K N） 弯矩10 4（KN.m）荷载下 上 右G1 11844 15.1 17.88自重G2 15294 0.53 0.82水压力 PX 上 15936.35 19 28.76- 18 -浪压力PWK 48.7 93.96 2.45扬压力 U3397.56.4 3.24总计 27624.45 3397.5 15430.74 32.91 18.7W=27624.45 kNP=15985.05 kNM=142100 kN2）稳定验算摩擦公式：=1.06K=1.05PUWfK)(满足稳定要求。3）应力验算=0.063 Mpa - 0.1 Mpa2 6BMWy未出现拉应力。 2 6By=0.012 Mpa远小于混凝土抗压应力。满足应力要求。3.3 重力坝溢流坝段设计- 19 -3.3.1 溢流坝段剖面设计溢流坝剖面，除应满足强度、稳定和经济条件外，其外形尚需考虑水流运动要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，内部与非溢流坝段相同。溢流面由顶部溢流段、中部直线段及调流鼻坎组成，上游面为直线或折线。3.3.1.1 堰顶高程：（1）设计洪水位设计洪水下泄流量 Q 泄 =7000m3/s。考虑下泄流量过大，另设泄槽分洪。溢流坝单宽流量取 ，水轮机最大引用流量为30/ms120/ms 379.2/msQ=Q 设 -Q0=7000-0.83102.85 = 6653.6 M3/SL=Q/=6653.6/110=61.39 m，取 48m。分 4 段，以便安全调度，单孔净宽为16m。溢流坝闸墩取 4m 宽，导墙取 2m 宽。综上溢流坝段总长L0=L+(n+1)d=64+34=76 m由式 320QmgH其中；00 10.2()knnb自由出流 hs/H0K=1.1- 25 -满足稳定要求。（2）校核情况坝基面短暂状况（校核洪水位）荷载 下 上 右 左G1 2545.05 36.28 9.23G2 735.08 27.48 20200G3 34724.3 25.14 872900G4 27648.5 3.25 89900G5 9389.75 16.02 150400G6 4769.5 34.73 165600PX 888.7 1707 15200PY 2560.84 29.13 74600U1 13883.11 0 0 0U2 2231.78 35.08 77400U3 954.5 6.69 5800U4 3415.4 33.4 117200Px上43299.4 31.3 135500- 26 -Py上3464.06 36.94 128000总计 85837.08 20484.79 43299.4 888.7 1745600 1398900W=6.5410 4 KN，P=4.2410 4 KN, M=34.6710 4 KN2）稳定验算由摩擦公式：K=f(w-U)P =0.76.541044.24104 =1.08K=1.05满足稳定要求。3.5 坝内构造3.5.1 坝顶结构3.5.1.1 非溢流坝坝顶宽 15m，上游侧设置 1.2m 防浪墙下游侧设置 1.2m 栏杆，坝顶公路偏向下游侧，设置牛腿已承担路面，路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于排水，道路两旁设排水管。3.5.1.2 溢流坝溢流坝段坝顶为 20m，溢流坝上游铅直面齐平，坝上布置门机轨道，溢流堰上设置两个闸门，上游侧事故检修闸门，堰顶下游侧布置工作闸门，防止气蚀。闸墩宽度 4m，故溢流坝段总长 76m。3.5.1.3 坝内廊道- 27 -沿坝基灌浆廊道向上，每 20m 设置一层排水检修廊道，共分 3 层，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿交通廊道作为连接。在每层廊道同高程坝坡面上设置 2m 马道，在外侧使交通贯通。另外为降低扬压力，在坝基布置基础排水廊道。排水检修廊道尺寸宽 2m，高 3m。基础灌浆廊道尺寸宽 3m，高 3.5m3.5.2 坝基地基处理由于坝址处岩基抗渗性较好，设置防渗帷幕灌浆。4 水电站建筑物设计4.1 特征水头的选择18 万 KW 属中型电站， N9.81QHAQH，考虑 2%水头损失，考虑安全调度及检修，选取 4 台 4.5 万 kW 机组。4.1.1 设计高水位1，校核洪水位为 292m，校核洪水位最大下泄流量 Q=8500m3/s，查得下游水位为 215.5m，所以 H1=292-215.538=76.5m。2，设计洪水位为 291m，设计洪水位最大下泄流量 Q=7000m3/s，查得下游水位为 214m，所以 H2=291-214=77m。- 28 -3，设计蓄水位 285m，试算：（开一台机组 N=45000KW/96%=4.678 万KW）由式 QHN81.9一般取 0.83，H 为净水头一台机组发电时 H = 81.274m 两台机组发电时 H = 80.71m三台机组发电时 H = 80.25mHmax=max(76.5,77,81.27)=81.27m4.1.2 设计低水位设计低水位 263.00m，试算：一台机组发电时 H = 59.485m 两台机组发电时 H = 58.75m三台机组发电时 H = 58.35mHmin=58.35m4.1.3 加权平均水头及设计水头最大水头为水电站一台机组发电的额定流量所对应的下游水位与正常蓄水位的差值 Hmax=81.27m；最小水头为水电站四台机组发电的额定流量所对应的下游水位与死蓄水位的差值 Hmin=58.35m；加权平均水头 ；69.81avm- 29 -又由坝后式厂房可知设计水头 Hr=95%69.81=66.32m。4.2 水电站设备选型4.2.1 水轮机选型装机容量： N=18 万 kw单机容量 4.5 万 kw，坝后式，所以 gr=96%，Nr=Ngr/ gr=6.0/0.96=61224.49kw水头资料： Hmax=81.27 米 Hav=69.81 米 Hmin=58.35 米 Hr=66.32m水电站水头范围在 58.35m81.27m 之间，故选择合适的水轮机型号有，HL220 HL230 两种。表 4-1 水轮机基本参数比选序号 项目 HL230 HL2201 模型推荐使用水头范围 3565 5085- 30 -2 最优单位转速 r/min,10n71 703 最优单位流量 m/s,10Q913 10004 最高效率 %maxM90.7 915转轮参数气蚀系数 0.135 0.1376 工作水头范围 58.3581.27 58.3581.277 水轮机直径 D1 m 3.5 3.28 额定转速 n r/min 187.5 187.59 最高效率 %max93.9 92.610 额定出力 Nr 61224.49KW 61224.49KW11 最大引用流量 maxQ102.85 98.412原型水机参数吸出高度 Hs -0.37 -0.5如上表所示，HL230 包括更多的高效区，汽蚀系数小， ，安装高程高，减少开挖量，且转速高。故选择水轮机型号为 HL-230. 4.2.2 金属蜗壳及尾水管尺寸4.2.2.1 金属蜗壳尺寸包角 345由 Hr66.32m 查得：Vc8.06m/s由 Hr 66.32m，D 13.500m 查得：D a5410mm， Db4640mm 最大下泄流量 =102.85m3/smaxQciiVQ360maxair a+i
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